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Capítulo
PARTE I
48
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do
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te •
FÍS
ICA
2
Antes de estudar o capítulo
Veja nesta tabela os temas principais do capítulo e marque um X na coluna que melhor traduz o que você pensa sobre a aprendizagem de cada tema.
Temas principais do capítulo
Dominoo tema
Vai ser fácil
Vai ser difícil
Fluxo de calor e suas unidades de medida
Condução térmica e lei de Fourier
Convecção térmica
Ocorrência e consequências da convecção térmica
Irradiação térmica
Absorvidade, refletividade e transmissividade. Corpo negro
Lei dos intercâmbios
Lei de Stefan-Boltzmann e lei de Kirchhoff
Ocorrência da irradiação térmica em fenômenos cotidianos
quantidade de calor emissividade
condutor térmico potência irradiada
isolante térmico potência líquida
correntes de convecção efeito estufa
inversão térmica termografia
Veja abaixo alguns termos e conceitos que você encontrará no capítulo. Marque um X naqueles que você julga que estão relacionados à imagem.
Propagação do calorSeções:
7.1 Fluxo de calor
7.2 Condução térmica
7.3 Convecção térmica
7.4 Noções de irradiação térmica
Unidade C
7
Justifique suas escolhas.
VVETC
/SHUTT
ERSTO
CK
Resposta pessoal.
X
X
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FÍS
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Defina o termo ou conceito a seguir.Termos e
conceitos
quantidade de calor
Fluxo de calor e suas unidades
de medida
Guia de estudo
Encontrei essas informações
na(s) página(s)
.
Classifique os processos de transmissão de calor em espontâneo ou não espontâneo.
Nomeie os termos da equação que permite o cálculo do fluxo de calor. Em seguida, indique suas respectivas unidades de medida de acordo com o SI.
Φ 5 Q ___
St
Φ 5
Q 5
St 5
Do corpo mais quente para o corpo mais frio
Do corpo mais frio para o corpo mais quente
Calor transmitido
FLUXO DE CALORSeção 7.1Capítulo 7
Cite três situações de seu cotidiano em que você observa a veracidade da lei geral da transmissão do calor reproduzida a seguir.
“Espontaneamente, o calor sempre se propaga de um corpo com maior temperatura para um corpo de menor temperatura.”
Faça a conexão
126
Quantidade de calor: é a medida do calor trocado entre corpos. Calor é uma forma de energia. Assim, a
quantidade de calor é medida em joules ou em calorias.
Não espontâneoEspontâneo
fl uxo de calor (W ou J/s)
quantidade de calor que atravessa uma determinada superfície (J)
intervalo de tempo decorrido (s)
Resposta pessoal. Sugestão de resposta:
1) Quando encostamos a mão em uma panela quente, o calor se propaga da panela para nossa mão, podendo queimá-la.
2) Quando colocamos gelo em um copo de água, o calor se propaga da água para o gelo. Como consequência, o gelo derrete e a água
fi ca mais fria.
3) Quando uma menina faz “chapinha” no cabelo, a energia elétrica da tomada faz com que a temperatura da chapa aumente. Isso provoca
uma transferência de energia térmica da prancha para o cabelo da menina, o qual também tem sua temperatura elevada.
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de transmissão de calor
Lei de
Φ 5 K 3 A 3 (J2 2 J1) _______________ e
Seção 7.2Capítulo 7 CONDUÇÃO TÉRMICA
Defina os termos ou conceitos a seguir.Termos e
conceitos
regime estacionário de
condução térmica
coeficiente de condutibilidade
térmica
condutor térmico
isolante térmico
Condução térmica e lei de
Fourier
Guia de estudo
Encontrei essas informações
na(s) página(s)
.
Descreva as condições para que a lei de Fourier seja aplicável, completando o diagrama.
Barras cujas
extremidades
estão a diferentes
temperaturas
Revestimento do
com um
Fluxo
ocorre ao longo
da barra
Regime estacionário
Fourier
Regime estacionário de condução térmica: é a situação na qual a temperatura de cada elemento S de uma
barra não varia com o decorrer do tempo. Isso significa que a quantidade de calor recebida pelo elemento S é
igual à quantidade de calor cedida ao elemento seguinte.
Coeficiente de condutibilidade térmica: constante que depende da natureza do material e o caracteriza como
bom ou mau condutor de calor (isolantes térmicos).
Condutor térmico: material com alto valor de coeficiente de condutibilidade térmica, logo, é um bom condutor
de calor.
Isolante térmico: material com baixo valor de coeficiente de condutibilidade térmica. Logo, é um mau condutor
de calor.
127 a 129
isolante térmico
de calorcondutor
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Explique por que a unidade de medida para os coeficientes de condutibilidade térmica apresentada nesta seção é [cal/s 3 cm 3 wC]. Em seguida, indique qual seria essa unidade de medida no SI.
Nomeie adequadamente os termos da lei de Fourier considerando dois ambientes separados por uma parede.
Φ 5 K 3 A 3 (J2 2 J1) _______________ e
Φ 5
K 5
A 5
J1 5
J2 5
e 5
Com base em experiências de seu cotidiano, cite dois materiais bons condutores térmicos e dois bons isolantes térmicos. Justifique sua resposta.
Faça a conexão
fluxo de calor que atravessa a parede
coeficiente de condutibilidade térmica (depende do material que constitui a parede)
área da parede pela qual o calor se propaga
temperatura do ambiente 1
temperatura do ambiente 2, sendo J2 . J1
espessura da parede pela qual o calor se propaga
Analisando a fórmula dada pela lei de Fourier, temos: K 5 Φ 3 e/A 3 SJ, em que: [Φ] 5 cal/s; [e] 5 cm; [A] 5 cm2;
[SJ] 5 wC. Portanto, [K] 5 cal/s 3 cm 3 wC.
No SI: [Φ] 5 J/s; [e] 5 m; [A] 5 m2; [SJ] 5 K. Portanto, [K]SI 5 J/s 3 m 3 K.
Resposta pessoal. Sugestão de resposta:
Bons condutores térmicos:
1) Alumínio
2) Cobre
Bons isolantes térmicos:
1) Vidro
2) Neve compactada
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Capítulo 7 Seção 7.3 CONVECÇÃO TÉRMICA
Defina os termos ou conceitos a seguir.Termos e
conceitos
correntes de convecção
inversão térmica
Convecção térmica
Guia de estudo
1
Encontrei essas informações
na(s) página(s)
.
Defina convecção térmica completando o diagrama.
Descreva como se dá o processo de convecção térmica, quando um líquido é aquecido em sua parte inferior, enumerando as etapas na ordem em que ocorrem.
A porção de menor densidade tende a subir. Como essa porção está mais quente, o calor é transportado junto com ela.
As porções da região inferior do fluido ficam mais quentes que as porções da região superior.
Como o volume aumentou, mas a massa é a mesma, a densidade do fluido diminuiu.
O fluido, quando aquecido, dilata, ou seja, tem o seu volume aumentado.
Convecção térmica
transporte de matéria
transporte de
por meio do
só ocorre nos
2
3
1
4
Correntes de convecção: movimentação das diferentes partes de um fluido que ocorre devido à diferença de
densidade provocada por variação de temperatura das diferentes partes.
Inversão térmica: fenômeno comum no inverno, em que o ar próximo ao solo está mais frio que o ar das regiões
elevadas, deixando de haver convecção.
133
Líquidos
Gases
energia térmica
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Ocorrência e consequências
da convecção térmica
2
Encontrei essas informações
na(s) página(s)
.
Explique o que são as brisas marítima e terrestre, nas regiões litorâneas, e identifique-as nos desenhos a seguir, indicando suas direções.
O Sol, como qualquer estrela, produz calor em seu núcleo por meio de reações termonucleares. Para que ocorra a emissão desse calor é necessário que ele seja, primeiramente, transferido para as camadas mais externas do astro. Uma das formas de realizar essa transferência é por meio da convecção térmica, a qual ocorre em uma região do Sol conhecida como “zona convectiva”. Além disso, padrões de convecção similares ao das células de Bénard podem ser observados na superfície do Sol.
Pesquise e descreva como ocorrem essas duas manifestações do fenômeno de convecção térmica no Sol.
Faça a conexão
Dia
Mar frio Terra quente Mar quente Terra fria
Noite
134
A brisa marítima nas regiões litorâneas acontece porque, durante o dia, a terra se aquece mais do que o mar, já
a água tem alto calor específico e sofre pequenas variações de temperatura. O ar aquecido, em contato com a
terra, sobe e produz o ar que está sobre o mar.
Já a brisa terrestre ocorre porque, à noite, ao perder calor, a terra se resfria mais do que o mar, e o processo se
inverte.
Resposta pessoal.
Brisa marítima
Brisa terrestre
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Capítulo 7 Seção 7.4 NOÇÕES DE IRRADIAÇÃO TÉRMICA
Associe termos encontrados no livro-texto a cada definição enunciada a seguir.
1. Corpo que reflete totalmente a energia que nele incide, tendo absorvidade nula (a 5 0). Sua refletividade é total (r 5 1 5 100%).
2. Razão entre o poder emissivo do corpo (E) e o poder emissivo do corpo negro (ECN), em que poder emissivo é a potência irradiada por unidade de área. Vale ressaltar que, numa mesma temperatura, a emissividade e a absorvidade de um corpo são iguais.
3. Conjunto de gases na atmosfera que retêm parte da radiação emitida pela Terra. Constitui uma condição natural da Terra, garantindo ao planeta uma temperatura média adequada à vida como a conhecemos.
4. Técnica que consiste na obtenção de imagens por meio de câmeras especiais, que captam as radiações infravermelhas emitidas pelos objetos.
Termos e conceitos
Irradiação térmica
Guia de estudo
1
Encontrei essas informações
na(s) página(s)
.
Explique o que ocorre com a energia radiante que incide sobre a superfície de um corpo.
1.
2.
3.
4.
parcialmente
parcialmente
parcialmente
Energia radiante incidente
135
absorvida
refletida
transmitida
emissividade
espelho ideal
termografia
efeito estufa
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Absorvidade, refletividade e
transmissividade
Corpo negro
2
Encontrei essas informações
na(s) página(s)
.
Caracterize os fenômenos de absorção, reflexão e transmissão no corpo negro e no espelho ideal, completando o diagrama.
Nomeie os termos das equações, referentes à absorvidade, à refletividade e à transmissividade.
a 5 Q a ___ Q i
; r 5 Q r ___ Q i
; t 5 Q t ___ Q i
a 5
Q a 5
Q i 5
r 5
Q r 5
t 5
Q t 5
corpo que absorve toda a energia radiante que
incide sobre ele
corpo que reflete toda a energia radiante que
incide sobre ele
corpo negro
espelho ideal
a 5
a 5
r 5
r 5
t 5
t 5
Casos extremos
Lei dos intercâmbios
3
Encontrei essas informações
na(s) página(s)
.
Enuncie a lei dos intercâmbios, completando a frase a seguir.
“Todos os objetos estão continuamente.
No , a potência irradiada ou
por um objeto é igual à potência que ele
, na forma de radiação, dos objetos vizinhos.”
parcela de energia absorvida
energia incidente total
refletividade
parcela de energia refletida
transmissividade
parcela de energia transmitida
absorvidade
135 e 136
0
0
0
0
1
1
136
irradiando energia
equilíbrio térmico
emitida
absorve
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Lei de Stefan- -Boltzmann e lei
de Kirchhoff
Ocorrência da irradiação
térmica em fenômenos cotidianos
4
5
Encontrei essas informações
na(s) página(s)
.
Encontrei essas informações
na(s) página(s)
.
Relacione a lei dos intercâmbios com a lei de Kirchhoff.
Conecte o quadro central com os quadros que indicam corretamente quais procedimentos devemos adotar ao construir uma estufa de plantas.
Analise as situações descritas e marque (1) se nelas a potência líquida for positiva ou (2) se for negativa.
O corpo está absorvendo energia.
A temperatura do corpo é maior que a temperatura ambiente.
O corpo emite mais radiação que absorve.
A temperatura ambiente é maior que a temperatura do corpo.
O corpo está perdendo energia.
Piso escuro para absorver radiação
incidente
Lugares altos para receber maior quantidade
de energia solar
Paredes e teto de vidro transparentes à entrada de energia radiante proveniente do Sol e opacos à saída de radiação infravermelha
de baixa frequência.
Espaço pequeno para evitar circulação de ar
Estufa de plantas
Pesquise e cite quais são os seis gases descritos pelo protocolo de Kyoto como “gases estufa”. Em seguida, descreva o que são esses gases estufa.
Faça a conexão
137 e 138
139
Ambas tratam da emissão e absorção dos corpos. A lei de Kirchhoff trata de um único corpo e a lei dos
intercâmbios trata de dois ou mais corpos interagindo.
1
1
2
2
2
Resposta pessoal. Sugestão de resposta:
Gases estufa: dióxido de carbono (CO2); óxido nitroso (N2O); metano (CH4); clorofluorcarbonetos (CFCs); hidrofluorcarbonetos (HFCs);
perfluorcarbonetos (PFCs); hexafluoreto de enxofre (SF6). Esses gases são denominados estufa porque intensificam o efeito estufa que
ocorre na atmosfera da Terra.
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FECHANDO O CAPÍTULOCapítulo 7PARTE I
Temas principais do capítulo
Já sabia tudo Aprendi sobre o tema
Não entendi... Socorro!!!
Fluxo de calor e suas unidades de medida
Condução térmica e lei de Fourier
Convecção térmica
Ocorrência e consequências da convecção térmica
Irradiação térmica
Absorvidade, refletividade e transmissividade. Corpo negro
Lei dos intercâmbios
Lei de Stefan-Boltzmann e lei de Kirchhoff
Ocorrência da irradiação térmica em fenômenos cotidianos
Marque um X na coluna que melhor reflete o seu aprendizado de cada tema. Depois, compare esta tabela com a que você preencheu no “Antes de estudar o capítulo”.
Se você não entendeu algum desses temas, reveja as atividades do Caderno do Estudante e revise seu livro-texto. Quando for necessário, peça ajuda a seu professor ou a um colega.
Reveja a segunda atividade do “Antes de estudar o capítulo” e reavalie as suas escolhas. Se julgar necessário, escreva novas justificativas e compare-as com suas considerações iniciais.
Sintetize
Resuma as principais ideias do capítulo descrevendo as características da propagação do calor.
Resposta pessoal. Espera-se que o aluno discorra sobre as formas de propagação de calor: condução, convecção e irradiação.
Resposta pessoal. A garrafa térmica é um dispositivo que conserva, com alteração mínima, a temperatura de um líquido gelado ou quente colocado
em seu interior. Nela são minimizadas as trocas de calor que ocorrem pelos três processos: condução, convexão e irradiação. É, portanto, isolante
térmico.
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